华南前汛期持续暴雨环流分型初步研究

采用1961—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和台站观测降水量资料,按一定标准选取了华南前汛期24个持续暴雨过程;并且按基本判据确定逐年华南夏季风降水开始日期。然后依据南亚高压环流型和相对于该年夏季风降水开始的早晚,将这些暴雨过程划分为夏季风降水前、后南亚高压东部型,夏季风降水后南亚高压带状、西部型共4个类型;其中,夏季风后南亚高压西部型次数最多、平均持续时间最长。所有类型持续暴雨的相同点是:广东东北部附近均为暴雨频率和雨量高值区;暴雨期间华南150 h Pa位势高度增加、500 h Pa位势高度减少;华南处在150 h Pa偏西风急流南侧辐散区中;850 h Pa华南沿海有明显的西南气流,低层辐合在华南东北部最明显;两广沿海为可降水量大值区;华南的整层水汽输送主要呈现西南向。不同点是:夏季风后南亚高压西部型平均雨量较小,夏季风后南亚高压带状型与西部型在印度洋上存在明显的偏东风高空急流;夏季风后南亚高压类型在两广沿海的可降水量数值较大。     

近54年影响清远热带气旋的气候及环流形势特征

利用清远7个气象观测站的1957—2010年历史气象资料和NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析资料,对影响清远热带气旋(TC)的气候特征及其成因进行分析。结果表明:TC影响异常偏多年份,7—9月200 h Pa南亚高压偏强,高空辐散的抽吸作用对登陆台风低压的垂直运动和低空辐合上升运动有正贡献;500 h Pa副高主体呈带状,TC受副热带高压南侧东南气流操纵,向西北方向移动,常在广东沿海登陆;850 h Pa西南季风强盛,中低层的水汽输送明显增加,从而使台风低压环流在陆上维持或强度减弱缓慢。无TC影响年份500 h Pa副高呈方块状,面积宽广,南海和西太平洋受副热带高压控制,不利于TC生成。     

湖南主汛期旱涝与大气环流及春季海温的关系

利用1960-2006年NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA月平均海表温度资料和湖南月降水资料等,在计算分析湖南主汛期旱涝变化特征的基础上,对湖南主汛期旱涝大气环流及其与春季海温的关系进行了分析。结果表明,湖南主汛期洪涝指数增大趋势显著,1990年代以来处于洪涝多发期。洪涝指数具有20年、9年和3~4年的周期;干旱指数存在22年、10年和2~4年周期。湖南主汛期旱涝与西太平洋副热带高压、中高纬度环流、南亚高压、低层流场、水汽输送等持续异常有关。当西太平洋副热带高压面积偏大,强度偏强,脊线偏南,西伸脊点偏西,鄂霍次克海地区多阻塞活动,南亚高压主体位置较常年偏西,来自南海的水汽输送较常年强,低层湖南大部分地区处于辐合气流控制之下,湖南主汛期易洪涝;反之,当西太平洋副热带高压面积偏小,强度偏弱,脊线偏北,西伸脊点偏东,鄂霍次克海地区少阻塞活动,南亚高压主体位置较常年偏东,来自南海的水汽输送较常年弱,低层湖南大部分地区为辐散气流控制,湖南主汛期易干旱。春季印度洋、赤道中东太平洋和黑潮海温是湖南主汛期旱涝变化的重要短期气候预测信号,春季印度洋和赤道中东太平洋海温偏高(低)有利于湖南主汛期降水偏多(少),黑潮海温偏低湖南主汛期易少雨干旱。     

中国华北地区冬季降水异常特征及其与大气环流和海温的关系

利用1951—2012年中国冬季160站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了中国华北地区冬季降水的异常变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华北地区冬季降水主要呈现为全区一致变化的特征,且年际变率较大,具有2~4 a的年际变化周期。降水异常偏多(少)年,西伯利亚高压偏弱(强),阿留申低压偏弱(强),850 h Pa上华北地区盛行的西北风较弱(强),控制该地区的东亚冬季风偏弱(强),该地区有偏南(北)风距平,500 h Pa上东亚槽脊系统偏弱(强)。影响华北地区冬季降水的异常水汽主要来源于南海及其以东的西太平洋。前期夏季日本以东的西风漂流区、同期冬季近海的黄渤海区域的海温均与中国华北地区冬季降水存在显著的正相关关系。     

热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响

从综合考虑热带太平洋和印度洋海温异常特征出发,研究了热带太平洋-印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响.当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为正位相(西印度洋和东太平洋海温距平为正,东印度洋-西太平洋海温距平为负),南亚高压偏弱,位置偏东偏南;当热带太平洋-印度洋海温异常综合模为负位相(西印度洋和东太平洋海温距平为负,东印度洋-西太平洋海温距平为正),南亚高压偏强,位置偏西偏北.热带太平洋-印度洋海温异常综合模影响南亚高压主要通过三种机制:一是通过影响亚洲季风从而影响了降水潜热形成的大气加热场分布,在正(负)位相年,青藏高原大气热源为负(正)异常,因此青藏高原上空空气上升减弱(加强),南亚高压偏弱(偏强);南海季风和热带辐合带加强(减弱),菲律宾附近的大气热源加强(减弱),有利于上空青藏高原东南侧反气旋(气旋)式的距平环流,因此南亚高压偏东偏南(偏西偏北).二是热带太平洋-印度洋海温的纬向热力对比引起赤道纬向垂直(Walker)环流异常,必将引起高空纬向风异常,在正(负)位相年,南亚高压南部的印度洋高空会出现西(东)风异常,导致南亚高压偏弱(偏强).三是综合模的正(负)异常加强(减小)西印度洋经度范围的区域Hadley环流,其北侧伊朗高原上的异常下沉(上升)支,造成南亚高压偏弱(偏强),位置偏东偏南(偏西偏北).     

近10年海南岛后汛期特大暴雨环流配置及其异常特征

通过对2000年10月11—14日、2008年10月12—14日和2010年10月1—8日3次持续性特大暴雨典型个例的对比分析,总结了近10年来后汛期特大暴雨的环流配置和异常特征。研究结果表明,近10年后汛期特大暴雨个例的天气系统配置都具有非常相似的特征：在对流层上层,南亚高压位于南海北部上空,高层存在稳定的辐散区。在对流层中、低层,热带低值系统、中纬槽后冷高压和副热带高压三者之间的相互作用,使得南海北部地区南北向和东北—西南向气压梯度加大,海南岛上空锋区结构建立,涡旋增强和维持,同时诱发偏东低空急流;南海北部存在强盛的偏东风低空急流是后汛期特大暴雨的天气学特征中最显著的强信号,其由热带低值系统东北侧的东南风,冷高压前缘的东北风和副热带高压南缘的偏东风汇合而成。最强降水发生前急流核的变化呈现出自东向西移动,高度逐日上升,风速脉动剧烈三个明显的特征。后汛期特大暴雨过程中大尺度环流相对气候同期平均态的异常特征也很显著：北半球亚洲区内热带辐合带(ITCZ)异常活跃,南海季风槽和印度季风槽南撤速度缓慢,比常年平均异常偏北偏强。南亚高压的位置比常年同期明显偏东偏南,东亚中纬槽,副热带高压的强度也比常年明显偏强。异常偏强的天气系统配置为强天气的发生提供了有利的环流背景;造成暴雨增幅的水汽主要来自大陆冷高压东南侧的东北气流和副热带高压南侧的偏东气流。     

长江流域夏季不同强度降水日数的时空变化特征

利用长江流域56个站点1957—2009年夏季逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及Hadley海表温度资料,分析了长江流域夏季不同强度降水日数的时空变化及其相关的海气异常型。结果表明:(1)近53 a来,长江流域夏季大到暴雨日数占总降水日数的比率呈明显增加趋势,而中小雨日数占总降水日数的比率呈明显减少趋势。(2)长江流域夏季不同强度降水日数的变化及其相应的海气异常型表现为明显不同的特征。当前期春季海温距平场表现为典型的东部型El Nino分布形态,500 h Pa位势高度场呈现出"+-+"的经向PJ波列,西北太平洋副热带高压偏强,位置偏南偏西,中高纬地区乌拉尔山和鄂霍次克海地区出现双阻塞形势,南半球澳大利亚高压异常偏强,越赤道气流偏强,在30°N附近200 h Pa纬向西风急流异常偏强,850 h Pa风场在东亚上空经向方向上呈现出明显的反气旋—气旋—反气旋系统相间分布的特征时,有利于长江流域夏季大到暴雨降水日数偏多。     

玉林6月份降水异常及其环流形势分析

利用1961~2013年玉林地区五个台站6月份降水资料及NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了玉林地区6月降水的异常及其环流形势特征。结果表明:玉林地区6月降水年际变化明显,总的降水趋势变化不明显;降水异常偏多年,南亚高压和西太平洋副高都偏弱,500h Pa垂直运动偏强,高层辐散和低层辐合增强,低层水汽通量辐合增强,都有利于降水的发生;少雨年则相反。     

海气耦合模式FGOALS-s2模拟东亚气候的能力分析

该文采用FGOALS-s2模式两个20 a积分试验的结果,一个是海气自由耦合的控制试验,另一个是由控制试验产生的月平均海温强迫大气的海温强迫试验,通过比较两个试验结果的气候态和标准差,研究海气耦合模式FGOALS-s2模拟东亚气候变率的能力。结果表明:FGOALS-s2模式控制试验能够很好的再现降水和大气环流场的气候特征。与海温强迫试验相比:耦合模式能更好的模拟东亚地区气候态,200~500 h Pa垂直积分的气温整体偏低,850 h Pa上的东亚夏季风和南亚夏季风均偏弱,青藏高原附近的降水显著偏少,阿拉伯海、孟加拉湾、南海区域降水偏多,副高减弱偏南;耦合模式模拟的东亚气候标准差,在青藏高原上空200~500 h Pa上垂直积分气温变率偏大,阿拉伯海、孟加拉湾以及南海和西北太平洋降水变率均偏少;两种试验均能较好地模拟中国雨带从华南到长江流域再到华北的季节演变过程,控制试验模拟的降水北进过程中雨带偏南,而南退过程缓慢。     

华南前汛期持续性暴雨统计特征及环流分型研究

利用1961—2013年华南区域305个国家级气象台站日降水资料、1980—2013年5—6月NCEP/CFSR再分析资料(分辨率0.5×0.5)等,定义华南前汛期持续性暴雨和暴雨持续日数,分析近53 a华南前汛期持续性暴雨特征及其大尺度环流形势;归纳有利于华南前汛期持续性暴雨发生的4种典型环流类型。结果表明:(1)华南前汛期持续性暴雨过程主要集中在5—6月,并存在准20 a振荡周期;1960年代前半段6月暴雨次数多,1960年代末期到1980年代5月暴雨次数明显增加,1990年代至2013年暴雨主要出现在6月,2006年后5月暴雨次数逐渐增加;暴雨过程持续日数一般3~4 d,超过10 d以上的单次过程仅4次。(2)华南前汛期持续性暴雨分为东亚槽底型、两脊一槽型、多涡旋型和纬向型,东亚槽底型和两脊一槽型次数相对较多,主要发生在5月下旬—6月下旬;纬向型次数最少,主要在5月上旬—6月初。(3)各型持续性暴雨过程500 h Pa中高纬地区环流特征各异,其共性是均有利于北方冷空气南下影响华南,低纬地区西太平洋副热带高压(副高)和孟加拉湾南支低槽维持少动,低层850 h Pa华南盛行西南暖湿急流;持续10 d左右的暴雨过程相较持续3~5 d的暴雨过程,副高位置偏西偏强,华南上空多短波槽活动,850 h Pa西南季风气流位置偏西偏北、风速偏大。     

南海夏季风爆发前后柳州地区前汛期南风型暖区暴雨特征

利用常规气象观测站、区域自动气象站及NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)的1°×1°再分析资料,对比分析了2010—2015年南海夏季风爆发前后柳州地区前汛期南风型暖区暴雨的特征及环流形势。结果表明:72.7%的南风型暖区暴雨出现在南海夏季风爆发后;南海夏季风爆发前后两类暖区暴雨发生时500 h Pa均有正涡度的输送,辐合区主要位于925 h Pa附近或以下,超低空急流及边界层较强的南风风速辐合是暖区暴雨重要的触发机制;柳州北部地区的地形在一定程度上触发了暖区暴雨的发生,加大了柳州北部地区暴雨的发生频次;南海夏季风爆发前,暴雨区上空湿层较浅薄,中层干冷空气的侵入增加了暴雨区上空的不稳定度,高层辐散机制主要为副热带西风急流;而南海夏季风爆发后,南亚高压提供高层辐散机制,且高层辐散强于低层辐合,高层强烈的"抽吸"作用使暴雨区上空维持旺盛的上升运动,暴雨区湿层深厚,整层高湿的环境有利于降水效率的提高和中尺度对流系统的产生。     

2003年淮河流域持续性大暴雨的水汽输送分析

利用NCEP资料对 2 0 0 3年淮河流域 6、7月间持续性强暴雨的水汽输送特征进行分析。结果表明 :持续性强暴雨发生在我国南方西南水汽输送异常偏强的背景下。水汽从南海北部经副热带高压西南侧向北及从孟加拉湾越过中南半岛到长江中下游两条通道向淮河流域输送。从整个梅汛期和暴雨个例的计算结果来看 ,暴雨区的各个层次上水汽收支有不同的特点 ,主要水汽辐合发生在 850hPa及其以下层。来自孟加拉湾和南海的水汽向暴雨区输送在不同层次上的比重有很大差异 ,在暴雨区水汽的主要辐合层上 ,南海是最重要的水汽源地     

2017年秋季我国北方地区降水异常偏多成因分析

根据国家气象信息中心提供的中国台站气温、降水资料,NCEP/NCAR逐日大气环流再分析资料和NOAA提供的月平均海温资料,分析了2017年秋季我国北方地区降水异常偏多的成因。结果表明2017年秋季我国降水阶段性特征明显,9—10月北方地区降水异常偏多主要受东亚环流型组合异常的影响。东亚500 hPa高度距平场从高纬至低纬呈“+-+”的异常分布,极区高度场偏高,极涡分裂偏向东北亚地区,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为显著低槽区,西太平洋副热带高压较常年偏强偏西偏北,有利于华西秋雨偏强。此外,850 hPa距平风场上朝鲜半岛的反气旋式环流异常有利于引导偏东路径的冷湿气流输送至黄河与长江之间的地区,与来自孟加拉湾和南海的暖湿气流交汇,形成水汽通量异常辐合区,造成黄淮及江淮等地降水异常偏多。进一步诊断表明热带中东太平洋海温秋季转为偏冷状态,热带太平洋地区Walker环流明显增强,有利于西太平洋副热带高压偏强西伸偏北;9—10月热带印度洋偶极子维持正位相有利于在孟加拉湾形成反气旋式环流异常,并同样有利于副热带高压西伸偏北。因此,海温外强迫信号的影响加上中高纬环流异常的共同作用造成9—10月东亚环流型异常特征,并进一步导致我国北方地区降水异常偏多。     

湖南省汛期强降水的30~60d低频振荡特征及延伸期预报指数研究

基于1986—2015年湖南逐日降水资料、同期美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过分析强低频振荡年的汛期强降水特征和低频环流场演变对强降水的影响,建立了湖南省汛期延伸期强降水过程预报指数。结果表明:(1)汛期33%的强降水过程均发生在具有显著30~60 d低频振荡的年份中,且大多位于低频降水峰值阶段。(2)通过对强低频振荡年进行合成发现,在活跃位相,南亚高压偏强偏东,副热带高压偏西偏强,这种环流配置导致中国南方大部分地区的高层环流为辐散,底层环流为辐合,有利于降水的产生。在中断位相,南亚高压呈东西带状分布且其位置偏西、强度偏弱,副热带高压偏东偏弱,使得向湖南地区输送水汽的西南气流减弱,进入降水中断期。(3)基于低频散度场不同位相的变化特征,选取了与低频降水相关的两个关键区,从而建立延伸期预报指数,该指数对低频降水显著年的强降水回报准确率能够达到73%。(4)前期4月黑潮的海温异常(SSTA)可作为湖南省强低频振荡年的预测指标。     

2013年夏季西太平洋副高异常特征及其对湖南高温干旱的影响

利用湖南96个测站的逐日降水、日最高气温和NCEP/NCAR再分析资料、海温资料,分析了2013年夏季西太平洋副热带高压异常活动特征、成因及其对湖南高温干旱的影响。结果表明,2013年夏季西太平洋副高异常偏西、偏强,使得湖南一直处在高压下沉气流控制下,形成持续高温干旱天气。造成副高变异的原因主要有:(1)2012年冬季至2013年春季,赤道东太平洋海表温度持续偏低,印度洋—赤道西太平洋海表温度持续偏高,使得Walker环流和Hadley环流的上升和下沉运动得到加强,西太平洋副高西伸、加强;(2)南亚高压一次次东伸,通过强烈高空负涡度平流的动力强迫,造成西太平洋副高区内的下沉运动,导致副高稳定维持,天气晴热高温;(3)西风急流较常年偏北,纬向环流偏强,导致副热带高压在偏北位置稳定维持,200 h Pa高空辐合增强,辐合中心位于30°N以北,造成500 h Pa副高下沉运动区位置偏北、偏强。     

印度洋海温异常对西太平洋副热带高压的影响——大气中的两级热力适应

利用热力适应理论讨论了印度洋海温异常影响中国天气和西太平洋副热带高压异常的物理机制。结果表明 :通过第一级热力适应 ,印度洋上的海温异常形成低层气旋式环流 ,并在其东侧的偏南气流中产生对流性降水 ;然后通过第二级热力适应 ,在 50 0 h Pa上导致西太平洋副热带高压加强西伸、2 0 0 h Pa上南亚高压异常增强。从而证明两级热力适应是导致印度洋海温异常影响中国天气气候异常的重要物理机制。     

华南前汛期极端降水年代际异常及其影响因子分析

利用国家气象信息中心提供的华南89个代表站1969~2013年逐日降水资料、NCEP/NCAR850 h Pa月平均再分析风场及NOAA重构延长的逐月海表温度(SST)资料,研究了华南前汛期极端降水年代际异常的时空分布特征,并进一步分析了太平洋海温、850 h Pa风场及华南前汛期极端降水三者之间年代际异常耦合关系。结果表明:(1)1977~1997年左右海表温度为"类El Ni No"型,华南前汛期大部地区极端强降水偏少,1997~2010年左右海表温度转为"类La Ni Na"型,华南前汛期大部地区极端强降水偏多;(2)年代际尺度上,前汛期太平洋海表温度异常呈"类La Ni Na"型时,整个中高纬北太平洋存在一个强大的反气旋性环流异常,其西端的偏南气流有利于南海的暖湿气流向华南地区输送,同时,其南端的偏东气流有利于将中纬度西太平洋上的湿空气输向华南地区,2股水汽在30°N以南附近交汇,极大地增强了华南地区的水汽输送,有利于华南前汛期发生极端强降水,而太平洋海表温度异常呈"类El Ni No"型时,则不利于华南前汛期极端强降水的发生。     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

广东6月持续性暴雨期间的大气环流异常

利用1979—2011年共33年广东86个观测站日降水和全球大气多要素日平均资料,分析广东前汛期降水异常(包括暴雨和无雨)的环流特征。结果表明,广东6月持续性暴雨和持续性无雨期间大气存在显著的经向遥相关波列,其中,持续性暴雨过程波列更完整,非持续性暴雨(或非持续性无雨)则波列不显著,而4、5月的持续性暴雨或持续性无雨过程都没有波列出现。在经向波列存在的情况下,对流层中高层大气西风带环流经向度增大、槽脊发展增强,中高纬度这种持续稳定的环流形势,有利于冷空气和高空槽影响华南;在高层200 hPa,华南处于偏西风和西南风异常之间的气流辐散区域,有利于高层辐散;对流层中低层西太平洋副热带高压偏强、西脊点偏西,华南上升、南海下沉的垂直异常经圈环流建立;同时对流层低层来源于印度和孟加拉湾北部以及热带太平洋的水汽输送明显加强,从而为持续性暴雨过程提供有利的环流背景以及暴雨区所需的动力和水汽条件,可见经向波列通过对流层高、中、低层大气环流异常影响持续性暴雨。在没有经向波列的情况下,当500 hPa华南地区有西风槽活动、850 hPa南海北部西风偏强,广东局地动力上升条件和水汽输送条件达到一定程度,则只能出现非持续性暴雨。因此,经向波列可为区分持续暴雨与非持续暴雨预报提供参考。与广东降水持续异常相关的经向波列受中高纬度罗斯贝波、热带对流以及中低纬度太平洋地区大气异常等多方面的共同影响。     

太平洋海温场不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征

利用1961—2012年华南逐日降水资料,分析了太平洋海温场两种不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征,并探讨了海洋外强迫信号可能对华南前汛期降水的低频变化周期造成的影响,以期为华南前汛期持续性暴雨过程的延伸期预报提供依据。结果表明:PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)冷位相年,华南前汛期发生典型持续性暴雨过程的概率比PDO暖位相年大,且暴雨强度偏强,持续时间偏长;太平洋海温场两种不同时间尺度背景下,华南典型持续性暴雨过程呈现不同的特征,PDO冷位相配合冬春Nino区海温异常,华南前汛期易出现强度较强、持续时间较长的典型持续性暴雨过程;太平洋海温两种不同时间尺度的外强迫信号可能影响华南前汛期降水的低频变化周期,进而影响华南前汛期持续性暴雨的持续时间和强度。